某铁矿石样品的主要成分为铁的氧化物.还含有少量SiO2．某化学兴趣小组对该铁矿石中铁元素的价态及含量进行如下探究:(1)探究铁矿石中铁元素的价态①提出假设:假设一:该铁矿石中铁元素的价态为+2,假设二:该铁矿石中铁元素的价态为+3,假设三:该铁矿石中铁元素的价态为+2和+3．②设计实验方案:为了确定该铁矿石中铁元素的价态.甲同学设计了� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

5．某铁矿石样品的主要成分为铁的氧化物，还含有少量SiO₂．某化学兴趣小组对该铁矿石中铁元素的价态及含量进行如下探究：
（1）探究铁矿石中铁元素的价态
①提出假设：
假设一：该铁矿石中铁元素的价态为+2；
假设二：该铁矿石中铁元素的价态为+3；
假设三：该铁矿石中铁元素的价态为+2和+3．
②设计实验方案：
为了确定该铁矿石中铁元素的价态，甲同学设计了如下实验方案，请你利用限选试剂帮他完成该探究过程．限选试剂：1mol?L^-1H₂SO₄溶液、3%双氧水溶液、2mol?L^-1HNO₃溶液、0.01mol?L^-1高锰酸钾溶液、1mol?L^-1NaOH溶液、0.1mol?L^-1KI溶液、0.01mol?L^-1KSCN溶液、蒸馏水．

实验步骤	预期现象及结论
步骤1：取少量样品于试管中，滴加适量的1mol?L^-1H₂SO₄溶液，加热溶解，得到A溶液
步骤2：	若高锰酸钾溶液紫红色褪去，则样品中含+2价的铁元素
步骤3：	若溶液变红色，则样品中含+3价的铁元素

③问题讨论：
乙同学设计了如下实验方案：取少量样品于试管中，滴加适量的2mol?L^-1HNO₃溶液，加热溶解，得到B溶液，取少量B溶液于试管中，向其中滴加几滴0.01mol?L^-1KSCN溶液，溶液变红色，说明该铁矿石中铁元素的价态为+3．你认为此结论错误（填“正确”或“错误”），其理由是稀硝酸具有强氧化性，能将样品中+2价的铁氧化为+3价的铁．
（2）探究铁矿石中铁的含量
将2.25g该铁矿石样品经一系列化学处理，制得铁元素全部为Fe²⁺的待测液250mL；现利用0.02mol?L^-1酸性高锰酸钾溶液对铁矿石中铁元素的含量进行测定．
①取25.00mL待测液于锥形瓶中，用已配制的0.02mol?L^-1酸性高锰酸钾溶液进行滴定，判断达到滴定终点的方法是滴加最后一滴酸性高锰酸钾溶液时，溶液由浅黄色突然变为红色，且半分钟内不再变为无色，即达到滴定终点．
②重复此滴定操作2～3次，平均消耗酸性高锰酸钾溶液21.50mL，则该铁矿石中铁元素的质量分数为53.5%．

分析（1）①铁的氧化物铁元素的价态为+2；+3；或+2和+3；
②检验亚铁离子，用高锰酸钾溶液，若高锰酸钾褪色，说明含有亚铁离子；检验铁离子用KSCN溶液，若变红色说明含有铁离子；
③稀硝酸具有强氧化性，不能利用硝酸溶解；
（2）①KMnO₄溶液呈紫色，自身可以作指示剂；
②根据反应5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，可得出5Fe²⁺～MnO₄^-，消耗 MnO₄^-溶液体积为21.50mL时，求出反应的亚铁离子的物质的量，再求出250mL溶液中亚铁离子的物质的量和质量，再求质量分数．

解答解：（1）①铁的氧化物铁元素的价态为+2；+3；或+2和+3；假设三：该铁矿石中铁元素的价态为+2和+3，故答案为：该铁矿石中铁元素的价态为+2和+3；
②检验亚铁离子，用高锰酸钾溶液，另取2mLA溶液于试管中，用胶头滴管滴加1～2滴0.01mol•L^-1KMnO₄溶液，振荡试管，若高锰酸钾褪色，说明含有亚铁离子；检验铁离子用KSCN溶液，取2mLA溶液于试管中，用胶头滴管滴加1～2滴20%KSCN溶液，振荡试管，若溶液变红色说明含有铁离子；故答案为：

实验步骤	预期现象及结论
步骤2：取少量步骤1中所得的A溶液于试管中，滴加几滴0.01mol?L^-1高锰酸钾溶液，振荡	高锰酸钾溶液紫红色褪去
步骤3：取少量步骤1中所得的A溶液于试管中，滴加几滴0.01mol?L^-1KSCN溶液，振荡	溶液变红色

③稀硝酸具有强氧化性，不能利用硝酸溶解，稀硝酸能将样品中+2价铁元素氧化为+3价，则不合理，故答案为：错误；稀硝酸具有强氧化性，能将样品中+2价的铁氧化为+3价的铁；
（2）①KMnO₄溶液呈红色，Fe²⁺反应完毕，滴入最后一滴KMnO₄溶液，紫色不褪去，说明滴定到终点，故答案为：滴加最后一滴酸性高锰酸钾溶液时，溶液由浅黄色突然变为红色，且半分钟内不再变为无色，即达到滴定终点；
②根据反应5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，可得出5Fe²⁺～MnO₄^-，消耗 MnO₄^-溶液体积为21.50mL时，则MnO₄^-物质的量为：0.02mol/L×0.0215L=0.00043mol，铁矿石中铁元素的百分含量是：$\frac{0.00043mol×5×56g/mol×\frac{250}{25}}{2.25g}$×100%=53.5%，故答案为：53.5%．

点评本题考查了实验设计的基本原理和离子的检验方法、物质含量的测定实验方案设计，题目难度中等，侧重于考查学生的实验探究能力和计算能力，注意把握常见离子的检验方法．